북중국 호상철광상 성인과 지각 진화의 재구성: 광석, 관련된 모암, 자철석의 지구화학적 연구

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 지구환경과학부, 2018. 8. 이인성.My Ph.D. studies focus on the petrological, mineralogical and geochemical studies of iron ore and magnetite from banded iron formations (BIFs) and their related wall rock (amphibolite). I performed integrated studies on ore deposit geology, mineralogy, petrology and geochemistry on the Yishui BIF. Yishui BIF is located in North China Craton (NCC) and considered as the representative area for revealing an association between the genesis of BIF and tectonic setting. The genesis of Yishui BIF had never been studied before. The data constrained the genesis of these BIFs and provided information about the tectonic evolution of the Archean NCC. Additionally, the data provided an improved understanding of the petrogenesis of the BIF–related wall rocks. It can also be used to interpret the relationship between the BIFs and wall rock and the tectonic evolution of the NCC. Rare earth elements (REEs) and trace elements were used as geochemical proxies. The results of these studies suggest that the Yishui BIFs were precipitated from a mixture of less than 1% high–temperature hydrothermal fluids (> 250 °C) and seawater. The abundant ore–forming materials, such as iron and silica, formed under anoxic and suboxic submarine conditions. In addition, the protolith of the related wall rock (Yishui amphibolite) was alkali basalts reminiscent of ocean island basalt (OIB) and formed in an intraplate setting with no crustal assimilation during magma ascent. On the basis of these results, mantle plume model was preferred, which can explain the geochemical signatures of both the Yishui amphibolites and the Yishui BIFs. This model is also very consistent with the tectonic evolution of the NCC. And, I determined trace element contents of magnetite from Superior–type BIFs and Algoma–type BIFs by in–situ LA–ICP–MS analyses. Combining the data obtained in my study with those from existing literatures, new systematic differences in magnetite composition between Archean Algoma–type and Paleoproterozoic Superior–type BIFs to understand the influence of their genetic conditions on magnetite chemistry were proposed. Magnetite is a representative ore mineral in BIFs and its composition can be a powerful indicator of petrogenesis and provenance. Previous studies classified BIFs into Algoma– and Superior–types based on their tectonic setting, size and lithologic associations. Our results, together with a compilation of previously reported trace element data on magnetite from other regions, indicate that there are systematic differences in trace element compositions of magnetite between Algoma– and Superior–type BIFs due to differences in their depositional environments. The magnetite from Algoma–type BIFs is more enriched in Al, Ti, Ni, and V than the magnetite from Superior–type BIFs. The former precipitated dominantly from high–temperature hydrothermal fluid under low oxygen fugacity conditions, whereas the latter formed mainly from low–temperature and relatively oxidized seawater. The results of the study demonstrate that the trace elemental composition trends of magnetite from Algoma– and Superior–type BIFs are well consistent with previously suggested geochemical characteristics of these BIFs, further indicating the close relationship of BIFs with their genetic environments. In addition, magnetite from the superior–type Yuanjiacun BIF in NCC was studied using Raman spectroscopy. The main purpose of the study was to clarify the relationship between the timing for the formation of Yuanjiacun BIF and the coeval oxygen fugacity (fO2) through Raman analysis of magnetite. Combined with previous geochemical data, the results of this study suggest that the Yuanjiacun BIF has close relationship with Great Oxidation Event (GOE).Table of Contents Abstract ⅰ Table of Contents ⅳ List of Figures ⅵⅱ List of Tables ⅹⅴ Chapter 1. Introduction 1 References 5 Chapter 2. Geochemical constraints on the genesis of the Algoma–type banded iron formation (BIF) in Yishui County, Western Shandong Province, North China Craton 9 Abstract 9 2.1. Introduction 10 2.2. Geological setting of the region and deposit 13 2.2.1. Regional Geology 13 2.2.2. Geology of the Yishui BIF 16 2.3. Petrology and mineralogy of the Yishui BIF 17 2.4. Analytical Methods 19 2.5. Results 20 2.5.1. Iron ore whole rock geochemistry 20 2.5.1.1. Major element analyses 20 2.5.1.2. Rare earth element and trace element analyses 21 2.5.2. Iron ore compositions 22 2.6. Discussion 23 2.6.1. Constraints on the source of the ore–forming material of the Yishui BIF 23 2.6.1.1. Detrital input 23 2.6.1.2. Source characteristics 24 2.6.2. Genesis of the Yishui BIF and tectonic implications 28 2.6.2.1. Depositional environment 28 2.6.2.2. Tectonic implications of the Archean NCC and a possible genetic model 29 2.7. Conclusions 31 References 33 Chapter 3. Archean tectonic evolution and the genetic link between wall rocks and BIFs in North China Craton 61 Abstract 61 3.1. Introduction 62 3.2. Regional and local geology 64 3.3. Sample description and analytical methods 66 3.3.1. Sample description 66 3.3.2. Analytical methods 67 3.4. Results 67 3.4.1. Major elements 67 3.4.2. Trace and rare earth elements 68 3.5. Discussion 69 3.5.1. Protolith reconstruction 69 3.5.1.1. Evaluation of element mobility 69 3.5.1.2. Petrological classification 70 3.5.1.3. Crustal contamination 70 3.5.2. Petrogenetic interpretation 71 3.5.2.1. Sources of mantle in the NCC 71 3.5.2.2. Tectonic significance 73 3.5.3. Genetic relationship between amphibolite and Yishui BIF 74 3.5.4. Implications for the evolution of the Eastern Block of the NCC 75 3.6. Conclusions 77 References 78 Chapter 4. Interpretation of formation condition in Superior–type banded iron formation (BIF) of Yuanjiacun in North China Craton using magnetite 96 Abstract 96 4.1. Introduction 97 4.2. Geological Setting 98 4.3. Method 99 4.4. Result 101 4.5. Discussion 102 4.5.1. The relationship between Yuanjiacun BIF and GOE 102 4.6. Conclusion 104 References 105 Chapter 5. In–situ LA–ICP–MS trace elements analyses of magnetite: Implications for BIFs genesis and new insight on the geochemical difference between Algoma– and Superior–type BIFs 116 Abstract 116 5.1. Introduction 117 5.2. Geological background 118 5.2.1. The Yishui BIF 119 5.2.2. The Huoqiu BIF 120 5.2.3. The Yuanjiacun BIF 121 5.3. Analytical method 122 5.3.1. Whole–rock major and trace element analysis 122 5.3.2. Magnetite major and trace element analysis 122 5.4. Results 123 5.4.1. Algoma–type Yishui BIF 123 5.4.1.1. Petrography 123 5.4.1.2. Iron ore whole–rock composition 124 5.4.1.3. Magnetite composition 124 5.4.2. Superior–type Huoqiu BIF and Yuanjiacun BIF 125 5.4.2.1. Petrography 125 5.4.2.2. Geochemistry of iron ore 125 5.4.2.3. Geochemistry of magnetite 126 5.5. Discussion 126 5.5.1. Algoma– and Superior–type BIFs 126 5.5.2. Geochemical differences in magnetite from the Algoma– and Superior type BIFs 130 5.5.2.1. The global trend on the magnetite compositions 130 5.5.2.2. Regional trend on the magnetite compositions 134 5.6. Concluding remarks 137 References 139 Chapter 6. Summary and conclusions 161 요약 (국문초록) 162Docto

Environment-friendly Processing Technologies of Mine Tailings: Research on the Characteristics of Mine Tailings when Developing of Deep Sea Mineral Resources

망간단괴, 망간각, 해저열수광상 개발에서 필연적으로 발생하게되는 선광잔류물은 방대한 양과 잠재적인 독성으로인해 관심이 증가하고 있지만, 아직까지 선광잔류물의 발생량, 물리·화학적 특성, 환경 유해성, 해양생태계에 미치는영향 등에 관한 정보가 부족한 실정이다. 최근에는 선광잔류물의 친환경적인 처리 중요성이 인식되고, 그에 따른 저감/처리법이 강구되고 있다. 심해저 광물자원개발 시 선광잔류물이 선상에서 처리되지 못할 경우, 선광잔류물의 육상으로 운반 비용이 발생하고 육상 환경오염 문제를 해결해야하는 경우가 발생하게 된다. 따라서, 한국해양과학기술원에서는 1) 오염인자/환경영향, 2) 환경/생물 위해성 영향, 3) 입자 확산, 4) 선광, 5) 저감/처리(정화)를 친환경적인 선상에서의 선광잔류물 처리를 위한 주요 핵심 요소로 구분하여 선광잔류물의 유해성, 해양생태계에 미치는 영향, 오염입자 확산 모델, 선광 및 정화처리 후보기술 등에 대한 연구를 수행하고 있다. 본 연구 결과는 향후 심해저광물자원개발과정에서 발생할 수 있는 환경영향에 대한 과학적인 증거 확보를 통해 환경문제를 최소화 할 수 있는 연구 기반을 제시할 수 있고, 이는 다른 기원의 오염물 및 규제없이 방치되고 있는 육상 폐광산의 누출수 처리에도 적용할 수있을 것이라 기대한다.33Nscopuskc

Planning to discover new resources to respond to the future through global marine system research

해양 나노바디(항체)는 연골 어류 항체 유래 단일 도메인 항체를 의미하며 인간 항체와 동일하게 항원을 중화시키는 기능을 가지고 있어서 치료용 신약이나 진단용 소재로 활용 가능함. 인간 항체보다 안정성이 높고 생산이 용이하고 인간 항체는 항원으로 인지하지 못 하는 항원에 대한 항체를 만들 수 있으며 비강으로도 투여 가능하며 혈액 뇌 장벽도 통과할 수 있어서 뇌 질환 치료제로도 개발이 가능함. 코로나 같은 팬데믹은 복지, 보건의 문제를 넘어서 사회 안정과 안보를 위협하는 요인으로 이에 대한 국가적 대응이 필요하며 항체 기술은 진단 및 치료제 개발에 기반을 이루는 기술임. 나노바디는 감염원 변이에 적절한 대응이 가능함. 현재 나노바디 연구 개발은 낙타류 유래 나노바디를 중심으로 개발되고 있어서 연골어류(상어, 홍어) 유래 나노바디 기술은 상대적으로 개발이 미진한 상태이며 국내에서 개발 과제가 진행되고 있지 않음. 기획된 연구 과제명은 팬데믹 대응 해양나노바디 활용 기술 개발임. 과제의 최종목표는 해양 나노 바디를 제조할 수 있는 기반 기술 확보하고 신종 감염병과 난치 질환 치료제/진단에 필요한 해양 나노 바디 활용 기술 개발로 설정함. 주요 연구내용은 해양 나노 바디 개발에 필요한 라이브러리 제조, 항원 선정 및 제작 면역화 기술 개발, AI 활용 해양 나노바디 개발 기술, 해양 나노 바디 특성 분석기술 개발, 해양 나노 바디 발현,배양 생산 공정 기술 개발, 해양 나노 바디 고품질, 고수율 정제 기술 개발, 질환 치료제 효능 향상 연구, 진단/이미징 소재 개발 연구, 이중 항체 제작 연구 개발임. 국내 선도적 연구를 통한 해양 나노바디 제조의 기반과 이를 활용한 항체 치료제와 진단 소재 생산 원천 기술을 확보하여 산업 발전에 기여할 뿐 아니라 국가적 재난에 신속하게 대처할 방안을 확보함.한국해양과학기술

Characterization of deep seabed mine tailings and development of environmentally-friendly reduction/processing technologies

최종 목표 ○ 해저광상 개발규칙 제정에 필요한 판단요소 도출을 위한 해저광물자원 선광잔류물 내 오염물질 특성 규명, 생물/환경 위해성평가 및 처리/저감 후보기술 도출 - 해저광물자원 개발 시 선상처리 중 발생하는 선광잔류물의 오염인자 규명 - 주변 생물과 수층환경에 미치는 선광잔류물 위해성평가 - 환경영향을 최소화하기 위한 선광 및 처리/저감 후보기술 도출 - 선광잔류물 관리규정 제정 대응 연구 내용 ○ 선광잔류물 환경영향평가 기반 연구 - 심해퇴적물, 심층수, 광물시료 확보를 통한 연구 기반 조성 - 잔류물 방류지역(표층 및 예상방류수심) 환경자료 획득 - 생물위해성 연구를 위한 관심해역 생물 특성 연구 ○ 선광잔류물 처리/저감 요소기술 개발 - 오염인자 파악 및 환경영향 분석 - 친환경적 선광 및 정화처리 후보기술 도출 - 선광잔류물 확산 예측 - 환경/생물 위해성 평가 ○ 국내·외 환경변화 대응전략 연구 - 국제기구 동향파악 및 대응 - 국내·외 협력 네트워크 구축 연구개발성과 ○ Target 성과물 : IMO 규정에 따른 오염물질 저감/정화처리 후보기술 도출 - 선광잔류물 오염인자 인벤토리 - 선광잔류물 입자 및 오염인자 확산도 - 오염인자별 환경/생물 독성평가기술 - 친환경 선광공정 및 오염물질 저감/정화처리 후보기술 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 해저광상 개발규칙 및 잔류물 관리규정 제정에 필요한 판단요소 도출 ○ 국가 R&D로 수행계획인 2단계 '선상처리/저감기술 개발사업'에 활용 ○ 개발기술 표준화를 통한 타 육상/해양기원 오염물질 진단, 해양환경/생물위해성 평가, 저감/처리기술 개발에 활용한국해양과학기술